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HYDRO-COR : Coronarisation de la Pompe Hydraulique Autonome L'invention concerne la coronarisation de la pompe hydraulique autonome (PHA) telle que cette dernière est en opération sous le nom Monteau à Bastogne, Belgique. Dans des publications antérieures (voir annexe), l'inventeur a démontré que la pompe Monteau n'est autre que l'amplificateur de pression conventionnel tel qu'il a été conçu il y a plus d'un siècle et, par conséquent, malgré son usage particulier dans l'approvisionnement de l'eau potable, l'auteur s'est rallié à l'opinion des ingénieurs et scientistes américains selon laquelle la pompe Monteau ne constitue pas un engin brevetable.
L'engin Monteau souffre de la rigidité d'opération résultant de l'invariabilité pour un engin donné des deux facteurs, la pression à la décharge et la décharge même au consommateur, dont le produit constitue la puissance délivrée.
L'inventeur qui est à la fois ingénieur, médecin et juriste, a été frappé par les analogies qui existent entre le fonctionnement de la PHA et celui du coeur humain. Les quatre valves de la PHA trouvent leurs analogues fonctionnelles dans les quatre valves du coeur humain.
(Ref. 1) De cette observation, l'inventeur s'est rendu compte de l'absence d'un système de coronaires dans la PHA.
Afin de ne pas compromettre la brevetabilité de son idée et de son invention, l'auteur a publié dans le Journal of Hydraulic Engineering de la American Society of Civil Engineers (Ref. 2), des résultats hypothétiques que l'on pourrait obtenir, si effectivement on pouvait réaliser la coronarisation de la PHA.
Mais le secret de cette réalisation n'a pas été divulgué.
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Par conséquent, plusieurs scientistes et ingénieurs aux E. U. ont déclaré que l'engin proposé dans la Ref. 2 ne pouvait pas être construit. Parmi eux : Don Harleman, Professeur d'Hydraulique à MIT, John Kennedy, Directeur de l'Institut d'Hydraulique d'Iowa, le Bureau of Standards, etc.
En Belgique, les ingénieurs du Laboratoire d'Hydraulique de l'Université de Gand ont construit une série de modèles de PHA, mais n'ont pas réussi à coronariser ces modèles.
La raison de cet échec réside dans le fait que la conservation de l'énergie de pression, telle qu'elle pourrait être dérivée par analogie avec la loi de Dalton pour les fluides compressibles tels que les gaz, ne se réalise pas quand on met en communication de l'eau sous différentes pressions dans deux vases communicants à paroi rigide. Tel est le cas si l'on veut réaliser la coronarisation d'après les dessins publiés par l'inventeur.
L'échec du Laboratoire de Gand constitue une preuve juridique formelle que les publications antérieures n'ont pas compromis la brevetabilité de l'idée et de l'invention de l'auteur. Cet échec confirme par ailleurs les opinions des scientistes américains.
SOLUTION : Il suffit de munir le vase inférieur I ou supérieur U, (Fig. l) ou les deux, de propriétés élastiques, soit la paroi cylindrique, soit les parois horizontales, supérieure ou inférieure ou les deux, soit une ou deux faces du piston P ou P', ou les deux. L'élasticité est considérée dans le sens le plus large : réalisée soit par ressorts, soit par tout autre moyen élastique. A titre d'exemple, la Figure 1 montre une possibilité au moyen du disque E.
De même la coronarisation peut se faire par une seule coronaire ou par plusieurs coronaires, de forme quelconque, reliant la conduite desservant le consommateur et le vase inférieur 1 et branchée en aval de la valve
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C-3, dite aortique, par analogie avec le coeur humain.
L'élasticité du disque E est calculée en fonction de la pression coronaire (p-c) maximum envisagée pour chaque installation spécifique.
PRINCIPE D'OPERATION L'eau sous faible pression est amenée par un cours d'eau et alimente le vase inférieur 1 de la pompe en passant par la vanne C-l, dite tricuspide, munie d'un clapet de retenue (anti-retour) et également remplit le vase supérieur U par la vanne C-2, dite mitrale, alimentation ou remplissage de la pompe avec clapet anti-retour. Les vases ont un orifice en commun, à travers lequel glisse un tige muni d'un bout à l'autre d'un piston P de grand diamètre dans le vase 1 et d'un piston de faible diamètre dans le vase U.
Quand la valve C-l est fermée, les pistons P et P'sont à point bas dans leur mouvement avant de commencer leur montée. A l'ouverture de C-l, l'eau est introduite au fond du vase 1 et exerce une force vers le haut sur le piston P, qui monte sous cette force. L'eau qui avait été admise auparavant au vase supérieur U à cause du mouvement descendant précédant du piston P'est déchargée maintenant par la valve C-3, munie d'un clapet de retenue, et refoulée vers le consommateur à une pression égale à celle du vase I, multipliée par un facteur en proportion inverse avec les aires des deux pistons.
Quand les pistons descendent, la valve C-4, dite pulmonaire, s'ouvre, et la masse motrice de l'eau est restituée à l'eau courante du cours d'eau.
A vrai dire, les énergies cinétique et de gravité d'une certaine masse d'eau sont transformées en énergie potentielle d'une masse d'eau plus petite de façon que le principe de la conservation d'énergie soit respecté.
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PKINCIPE FONDAMENTAL DE LA
CORONARISATION Les engins sont caractérisés par deux nombres : 1. Le degré de coronarisation D-c, soit le rapport de la masse coronarisée (injectée dans la masse inférieure) et de la masse supérieure débitée.
2. Le nombre spécifique D-r, soit le rapport de la masse inférieure et de la masse supérieure.
Ce principe est basé sur le fait qu'il est possible d'augmenter la pression. d'eau dans le vase inférieur I, progressivement durant un nombre de cycles limité, tandis que la pression à l'admission au vase I reste la même, notamment la pression de l'eau d'amenée.
En effet, parce que la valve C-1 est munie d'un clapet anti-retour, on peut faire croître la pression dans le vase I simplement en n'admettant à cette chambre que la masse (m-I moins m-c), puis en fermant la vanne C-l, et ensuite en injectant par la coronaire et sa valve C-0 la masse précalculée m-c, à la pression qui règne en aval de la valve aortique C-3.
Puisque la masse m-I est retournée à la rivière par la valve C-4 après avoir produit son travail, le vase inférieur 1 est à nouveau accessible à l'eau de la rivière. Mais, à cause du fait qu'il y avait une augmentation de pression dans le vase inférieur, il en résultait une augmentation de pression dans le vase supérieur U, qui se propageait en aval de C-3 et par conséquent dans la pression coronaire.
Ceci aboutit à une nouvelle augmentation de pression dans le vase inférieur I. Les calculs montrent que ce phénomène de quasi feed-back est stable et se limite par soi-même (self-limiting). Par conséquent, aucune énergie n'est créée, le principe de conservation de l'énergie est respectée.
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APPLICATIONS La pompe Monteau qui assure un approvisionnement d'eau potable à la base de l'OTAN à Bastogne est en opération depuis 1986 avec un rendement de Rankine de l'ordre de 90%. La PHA coronarisée qui fait l'objet de la présente demande aura un rendement de Rankine du même ordre de grandeur que la PHA non coronarisée.
Le coût de la fabrication de la pompe Monteau néanmoins s'avère trop élevé en vue de la rigidité de son opération qui limite le nombre de sites où cette pompe pourrait être installée. En plus, cette pompe est construite en nombre très limité en Belgique.
La pompe coronarisée pourrait être construite dans cinq pays européens qui ont les facilités et la technologie nécessaire pour le faire, apart un intérêt direct par le grand nombre des sites disponibles dans leur propre pays, notamment la Suède, l'Allemagne, la France, l'Italie et la Suisse.
D'autre part, les Etats Unis et le Japon se trouvent dans les mêmes conditions que les cinq pays européens précités.
La pompe autonome ou quasi autonome, abstraction faite du contrôle électronique des valves, ne nécessite aucune force motrice extérieure qui dépend des combustibles dont les sources sont épuisables. Elle n'utilise que l'énergie pérennielle cinétique et de gravité de l'eau courante qui alimente ses deux vases.
La pompe coronarisée, par sa flexibilité d'opération, se prête facilement aux systèmes de distribution d'eau caractérisés par une grande différence de consommation diurne et nocturne. Pendant la nuit, quand la consommation est faible, la pompe coronarisée permet de pomper à une pression plus élevée et d'emmagasiner une réserve dans un château d'eau ou dans un réservoir surélevé.
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CONCLUSION : Les avantages de la PHA coronarisée résident dans l'absence de coût d'énergie, dans sa simplicité d'opération garantie et dans sa flexibilité d'opération.
Par rapport à la pompe non coronarisée, dite Monteau ou PHA, la pompe PHA coronarisée, dite De Wiest Hydro-Cor, réalise des augmentations des hauteurs de refoulement au consommateur de 50% à 62% pour un degré de coronarisation de 40 % et pour des nombres spécifiques de la pompe de 4 à 16.
REFERENCES : 1. Roger J. M. De Wiest :"Hydro-Cor, Coronarization of the Conventional Pressure Intensifier", Annales des Travaux Publics de Belgique, Vol. 142, no. 1, 1989, pp. 73-80.
2. R. J. M. De Wiest, N. M. Loncke, R. F. J. Verhoeven et T. J. Roelants :"Coronarization of the Autonomous Water Pump"Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, Vol. 1, 1990, pp. 658-663.